[发明专利]一种导电聚合物-碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种导电聚合物‑碳包覆氧化亚硅复合材料及其制备方法，其含有导电聚合物、硅烷偶联剂、碳和氧化亚硅，其中碳直接包覆在氧化亚硅粒子的表面，硅烷偶联剂吸附在碳表面，导电聚合物一方面内嵌在碳孔隙中，一方面通过硅烷偶联剂的桥链作用均匀地包覆在碳的表面。其制备方法包括氧化亚硅与碳源高混、高温烧结（固化及碳化）、聚合物包覆三步。制备的复合材料包覆结构非常均匀，具有较低的体积膨胀效应，电化学性能优异，首次充放电效率得到明显提升，尤其是改善了氧化亚硅负极材料循环性能较差的缺点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种导电聚合物-碳包覆氧化亚硅复合材料及其制备方法。

背景技术

七十年代初，Shirakawa等人合成了聚乙炔薄膜，掺杂后导电率提高了近10万倍，接近于室温下铜的电导率。这种发现对高分子化学和高分子物理的理论研究是一次划时代的事件，有机聚合物的电学性质从绝缘体向导体的转变，对有机聚合物基础研究具有重要意义。从导电机理角度看，导电高分子大致可以分为两大类：第一类是复合型导电高分子材料，是指以结构型高分子材料为基体，通过分散聚合、表面聚合等方法将其与金属、金属氧化物等导电性物质复合的具有导电能力的材料，第二类是结构型导电高分子材料，也叫本征型导电高分子材料，是指高分子本身或经过“掺杂”之后具有导电功能的一类材料。这类聚合物一般为共轭型高分子，主要是聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩。这两类导电聚合物的主要区别是：前者本身不具备导电性，通过复合导电材料才能获得导电性能，而后者本身就具有导电性能，通过掺杂手段，导电性会明显增加，因此又被称为金属化合物和合成金属。其导电机理也与其他材料不同，导电聚合物的载流子不同于一般无机半导体的，而是由极化子、双极化子和孤子组成，对导电聚合物施加一电场，载流子在外电场作用下就会沿着共轭主链产生定向移动，从而表现出导电性能。并且载流子的电迁移率随绝货物共轭程度增大而提高，从而增强了导电聚合物的导电性。

结构型导电聚合物的常规制备方法有化学氧化聚合法和电化学法等。其中，化学聚合是在一定的反应介质中通过采用氧化剂对单体进行氧化或通过金属有机物偶联的方式得到共轭长链分子并同时完成一个掺杂过程。该方法的合成工艺简单，成本较低，适于大量生产。

近些年来，锂离子电池得到广泛的应用，其中锂离子电池负极材料的性能是电池性能的重要决定性因素。石墨是最传统的负极材料，但是克容量只有372mAh/g，无法满足对能量密度要求越来越高的动力电池行业。硅材料的理论比容量超过4200mAh/g，实际比容量大于3000mAh/g，成为锂离子电池负极材料研发的热点，但是硅材料的首次库伦效率低、循环性能差等缺点严重抑制了硅基负极材料在锂离子电池中的大规模应用。相比较而言，氧化亚硅的比容量只有2600mAh/g，但是也几乎是石墨的六倍多，其Si-O键的强度是Si-Si键的2倍，且首周反应过程中生成的Li₂O等化合物对体积膨胀有缓冲作用。虽然如此，硅基材料因为体积膨胀而导致的循环差问题还是很难得到解决。

因此，目前亟需寻找一种具有较高首次充放电效率、导电性好、良好循环性能的硅基负极材料及其制备方法，从而满足动力电池行业对能量密度的需求，是所属领域的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电聚合物-碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法，以改善氧化亚硅材料作为锂离子电池负极材料存在的首次充放电效率低、导电性差、循环性能差等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：